技术特征：
1.一种在衬底上生长所需厚度的化学计量结晶红外ir透明相变关联过渡金属氧化物pcmo光学膜的方法，包括：a.在无氧气体环境中，将所述衬底加热到至少等于待沉积在其上的pcmo材料的结晶温度的温度；b.以至少等于所述pcmo材料的结晶温度的所述温度将所述pcmo材料沉积到所述衬底上；c.在无氧气体环境中，将其上溅射有所述pcmo材料的衬底冷却到显著低于所述pcmo材料的结晶温度的温度；d.在无氧气体环境中，将所述先前冷却的衬底加热到至少等于待沉积在其上的所述pcmo材料的结晶温度的温度；e.以至少等于所述pcmo材料的结晶温度的所述温度将所述pcmo材料沉积到所述先前溅射的pcmo材料上；以及f.重复步骤c、d和e，直到在所述衬底上得到所述所需厚度的pcmo光学膜。2.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤b和d中，在含氢的无氧气体环境中通过溅射进行沉积，从而用氢来掺杂所述沉积的pcmo材料。3.根据权利要求2所述的方法，其中在步骤b和d中，所述无氧气体环境还包括氮。4.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤f之后，在含氢的无氧气体环境中对其上沉积有所述pcmo材料的衬底进行退火，从而用氢来掺杂所述沉积的pcmo材料。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述无氧气体环境还包括氮。6.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤a和b之间，没有在所述衬底上沉积所述pcmo材料的籽晶层。7.一种用于在si和其他衬底上生长相变关联过渡金属氧化物pcmo材料的工艺，在多个沉积步骤中，通过在每个沉积步骤期间在高温无氧气体环境中优选地进行溅射，来将所述pcmo材料沉积在所述衬底上，由冷却步骤将所述多个沉积步骤彼此分隔，在冷却步骤中所述无氧气体环境的高温降低至显著低于所述高温的温度。8.根据权利要求7所述的工艺，其中所述高温至少等于所述待沉积的pcmo材料的结晶温度，并且其中所述显著低于所述高温的温度不超过100℃。9.根据权利要求8所述的工艺，其中所述显著低于所述高温的温度不超过50℃。10.根据权利要求7所述的工艺，其中在pcmo沉积之前，所述衬底不要求在其上设置籽晶层。11.根据权利要求7所述的工艺，其中在至少含氢的环境中，对其上沉积有所述pcmo材料的衬底进行沉积后退火工艺。12.根据权利要求7所述的工艺，其中所述沉积的pcmo材料是化学计量的。13.根据权利要求7所述的工艺，其中所述高温和所述显著低于所述高温的温度之间的温差大于300℃。14.根据权利要求13所述的工艺，其中所述显著低于所述高温的温度不超过50℃。15.根据权利要求7所述的工艺，其中所述沉积的pcmo材料选自由ndnio3、smnio3、prnio3、eunio3和gdnio3及其各种组合组成的组。16.根据权利要求7所述的工艺，其中所述沉积的pcmo材料是化学计量ndnio3。
17.根据权利要求16所述的工艺，其中所述沉积的化学计量ndnio3中ni原子与nd原子的原子比约为1.1至1.0。18.一种在衬底上生长在红外波长范围内光学消光系数k＜0.001的红外ir透明相变关联过渡金属氧化物pcmo光学膜的工艺，包括：i.在基本无氧的气体环境中预清洗衬底；ii.以高温在所述基本无氧的气体环境中在所述预清洗后的衬底上沉积pcmo材料，从而形成pcmo沉积的衬底；iii.在所述基本无氧的气体环境中将所述pcmo沉积的衬底冷却到较低温度，所述较低温度比所述高温至少低300℃；以及iv.以低于所述高温但高于所述低温的退火温度在用于所述pcmo材料氢化的氢气环境中退火所述pcmo沉积的衬底。19.根据权利要求18所述的工艺，其中所述pcmo材料在所述氢气环境中以大约200℃的温度退火。20.根据权利要求18所述的工艺，其中由合成气体(优选地包含约10％h2+90％n2，流速约为5sccm，压力约为1atm)提供所述氢气环境。21.根据权利要求18所述的工艺，其中所述衬底材料是si。22.根据权利要求19所述的工艺，其中所述si衬底材料具有100晶体取向。23.根据权利要求18所述的工艺，其中所述pcmo材料在所述衬底上的沉积在惰性气体环境中进行。24.根据权利要求18所述的工艺，其中在射频rf磁控溅射沉积室中，通过等离子体溅射进行所述预清洗。25.根据权利要求18所述的工艺，其中在射频rf磁控溅射沉积室中，以基本上等于或大于所述pcmo结晶温度(例如，对于smnio3和ndnio3来说，≥450℃)的衬底温度沉积pcmo材料。26.根据权利要求18所述的工艺，其中所述pcmo材料氢化所需的退火时间取决于所选择的特定pcmo材料和沉积在所述衬底上的pcmo材料的厚度，例如，针对所述衬底上的ndnio3膜的两小时退火工艺的四次重复退火。27.根据权利要求18所述的工艺，其中所述退火在不存在诸如pt的催化过渡材料的情况下进行。28.根据权利要求18所述的工艺，其中所述pcmo材料选自由ndnio3、smnio3、prnio3、eunio3和gdnio3及其各种组合组成的组。29.根据权利要求28所述的工艺，其中所述pcmo材料是ndnio3。30.一种使沉积在衬底上的相变关联过渡金属氧化物pcmo结晶膜在红外波长下基本透明的工艺，该工艺包括：将沉积在所述衬底上的pcmo晶体膜装载到退火机中，在所述退火机中提供包括至少一些氢的基本无氧的环境，并且使沉积在所述衬底上的pcmo晶体膜在所述退火机中经受一次或多次退火循环，从而对沉积在所述衬底上的pcmo晶体膜进行氢掺杂。31.根据权利要求30所述的工艺，其中所述pcmo材料选自由ndnio3、smnio3、prnio3、eunio3和gdnio3及其各种组合组成的组。
技术总结
一种能够在硅和其他衬底上生长厚化学计量结晶且优选地IR透明光学PCMO材料的工艺。在无氧惰性气体(例如，Ar)环境中进行溅射沉积，这有助于防止衬底上的PCMO材料分解。在所公开的工艺中，不需要在PCMO沉积之前增加籽晶层。此外，不需要在高温高压氧气炉中进行沉积后退火，但是退火提供了在提高红外波长下透明度方面的某些额外益处。在高温(≤450℃)衬底上PCMO厚膜的较长沉积时间内，通过以高温沉积PCMO材料并在每次沉积循环之后将PCMO沉积衬底冷却到显著更低的温度(＜450℃)的重复循环来进行PCMO沉积。如果在氢气环境中进行退火，这将使得PCMO膜氢化，从而产生在整个IR范围内具有极少光学损耗(即，光学消光系数k＜0.001)的PCMO膜。的PCMO膜。的PCMO膜。
技术研发人员：孙庆儿 文贞顺 徐华昌 理查德
受保护的技术使用者：HRL实验室有限责任公司
技术研发日：2021.03.19
技术公布日：2022/12/16